基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法

摘要

基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法，涉及雷达抗干扰领域。本发明是为了解决现有干扰抑制方法还存在由于干扰难以准确估计而导致干扰抑制方法可实施性差以及难以应付经过频率调制的间歇采样干扰的问题。本发明包括：获取随机相位编码信号的回波信号r(t)；对r(t)进行多普勒补偿和脉冲压缩获得距离多普勒谱；识别回波信号中的真目标和假目标；获得离散距离多普勒谱，在离散距离多普勒谱中获得真假目标所在距离单元的离散多普勒数据构建真假目标多普勒子空间；设计斜投影矩阵对离散距离多普勒谱处理，获得滤除假目标的距离多普勒谱提取多普勒切面作为最输出结果，在输出结果中实现真目标的探测。本发明用于间歇采样干扰的抑制。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达抗干扰领域，特别涉及基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法。

背景技术

现代雷达担负着战略预警、空间监视、目标跟踪等多种至关重要的任务，是信息化时代必不可少的电子侦察装备。然而，各种欺骗干扰会严重影响雷达工作性能，诱使雷达锁定假目标，丢失真目标。特别是随着数字射频存储技术(Digital radio frequencymemory，DRFM)的快速发展，各种基于DRFM技术的新型欺骗干扰不断被提出，雷达抗干扰面临的挑战愈加严峻。在多种新型欺骗干扰中，间歇采样干扰(Interrupted samplingrepeater jamming，ISRJ)是最难对抗，也是工程应用最为广泛的干扰之一。该干扰通过对雷达信号进行间歇采样并快速转发，响应速度快。此外，干扰机通过一个收发共用天线即可生成欺骗干扰，实施简单，对硬件要求低，可装备于小型设备，如导弹，无人机等。这导致如何有效抗间歇采样干扰成为本领域的研究重点与热点。

现有针对相位编码信号的抗间歇采样干扰技术主要可分为两类，分别为基于信号处理的相位编码信号间歇采样干扰抑制方法以及基于波形设计的相位编码信号间歇采样干扰对抗方法。第一类方法是利用干扰信号在时频谱上的间断离散性，在对干扰参数精准估计基础上构建带通滤波器来滤除干扰。第二类方法是利用干扰信号只能截获部分雷达信号片段的特性，通过波形设计使得未被干扰机截获的雷达信号片段与被截获的信号片段具有低互相关性，进而通过未被干扰机截获的雷达信号片段构建滤波器来滤除干扰但是这种方法构建的滤波器是失配滤波器，会导致真目标信噪比的损失以及破坏雷达目标回波特性。且这两类方法的实现都是在干扰参数准确估计前提下实现的，需要估计的参数包括干扰机采样周期，采样宽度等，复杂度较高，这严重制约了其在工程应用中的可实施性。且这两类方法主要是针对未进行频率调制的相位编码信号间歇采样干扰提出的，对于经过频率调制的相位编码信号间歇采样干扰干扰抑制方法则会失效。

发明内容

本发明目的是为了解决现有间歇采样干扰抑制方法针对相位编码信号时还存在由于干扰难以准确估计而导致抗间歇采样干扰方法可实施性差的问题，以及难以应付经过频率调制的间歇采样干扰的问题，而提出了基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法。

基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法具体过程为：

步骤一、获取雷达发射机发射的随机相位编码信号的回波信号r(t)；

所述回波信号中包括：目标回波r

步骤二、对步骤一获得回波信号r(t)进行多普勒补偿处理获得多普勒补偿结果，然后对多普勒补偿结果进行脉冲压缩处理获得回波信号的距离多普勒谱；

步骤三、利用步骤二获得的距离多普勒谱识别步骤一获得的回波信号，获得真实目标和干扰处理后形成的假目标；

步骤四、将步骤二获得的距离多普勒谱在多普勒观测区离散化获得离散距离多普勒谱，然后在离散距离多普勒谱中获得步骤三获得的真假目标所在距离单元的离散多普勒数据，利用真假目标所在距离单元的离散多普勒数据构建真假目标多普勒子空间；

步骤五、利用步骤四获得的真假目标多普勒子空间设计斜投影矩阵对步骤四获得的离散距离多普勒谱进行处理，获得滤除假目标后的距离多普勒谱函数

步骤六、提取滤除假目标后的距离多普勒0多普勒切面作为最终输出结果，在最终输出结果中实现真目标探测。

本发明的有益效果为：

本发明通过对雷达接收到的相位编码信号回波进行多普勒补偿处理以及脉冲压缩处理，获得了相位编码信号回波的距离多普勒谱，在距离多普勒谱中识别真假目标。进一步利用真假目标所在距离单元的多普勒数据构建真假目标多普勒子空间，用于设计斜投影矩阵来实现相位编码信号的间歇采样干扰的抑制，本发明处理简单，同时本发明也不需要在干扰参数识别准确的前提下进行，提高了在实际工程中应用的可实施性。此外，该方法不会导致目标回波旁瓣起伏，适用于未经过频率调制以及经过频率调制的相位编码信号的间歇采样干扰的对抗，具有稳健的间歇采样干扰对抗效果。

附图说明

图1为实施例一中回波信号直接进行脉压处理获得的结果图；

图2为实施例一中回波信号经过多普勒补偿与脉压两步处理得到的距离多普勒谱图；

图3为实施一中抽取的0多普勒切面结果图；

图4为实施例二中回波信号直接进行脉压处理获得的结果图；

图5为实施例二中回波信号经过多普勒补偿与脉压两步处理得到的距离多普勒谱图；

图6为实施例二中抽取的0多普勒切面结果图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式基于相位编码信号的间歇采样干扰抑制方法具体过程为：

步骤一、利用雷达接收机获取雷达发射机发射的随机相位编码信号的回波信号r(t)，回波信号中包括目标回波r

步骤一一、获取雷达发射机发射的随机相位编码信号s(t)：

所述雷达发射机发射的随机相位编码信号用于目标探测；

式中，s(t)是随机相位编码信号，N是组成s(t)的子脉冲个数，

其中，

步骤一二、利用步骤一一获得的s(t)获取雷达接收机接收到的随机相位编码信号照射到威胁目标产生的目标回波r

其中，A

步骤一三、利用步骤一一获得的s(t)获取雷达接收机接收到的随机相位编码信号照射到威胁目标产生的间歇采样干扰信号r

步骤一三一、雷达信号辐射到威胁目标的同时，威胁目标配备的自卫干扰机会通过采样信号p(t)截获雷达信号，被截获雷达信号可记为s(t)p(t)，进而干扰机通过对被截获信号进行适当的频率调制产生间歇采样干扰信号

步骤一三二、干扰信号相比于目标回波存在转发延时τ

式(4)中A

采样信号p(t)可表示为：

式(5)中T

狄拉克函数δ(t)表达式如下：

步骤一三三、将步骤一三二获得的干扰信号r

step1、由于在时域上进行卷积运算等价于在频域进行乘积运算，因此对公式(4)中的s(t)p(t)进行傅里叶变换获得的s(t)p(t)傅里叶变换结果F(s(t)p(t))：

首先，获得采样信号p(t)的傅里叶变换结果F(p(t))：

然后，利用公式(8)获得s(t)p(t)傅里叶变换结果F(s(t)p(t))：

其中，F(p(t))是采样信号p(t)的傅里叶变换结果，F(·)表示傅里叶变换函数，F(s(t))＝F

step2、利用step1获得的F(s(t)p(t))获取s(t)p(t)：

根据傅里叶变换公式，

从而可知

step3、将式(11)代入式(4)，则雷达接收到的干扰信号r

步骤一四、利用步骤一二获得目标回波和步骤一三获得的间歇采样干扰获取随机相位编码信号的回波信号：

步骤二、对步骤一获得回波信号进行多普勒补偿处理获得多普勒补偿结果，然后对多普勒补偿结果进行脉冲压缩处理获得回波信号的距离多普勒谱，包括以下步骤：

步骤二一、对步骤一获得回波信号进行多普勒补偿处理获得多普勒脉冲补偿结果：

其中，

步骤二二、对步骤二一获得的多普勒补偿结果进行脉冲压缩处理获得回波信号的距离多普勒谱y

其中，

式中，τ∈[-∞，+∞]是延时变量，s

本发明针对相位编码信号的回波特点先对回波进行相位补偿，然后再对补偿结果进行压缩。

步骤三、利用步骤二获得的距离多普勒谱识别步骤一获得的回波信号中的真实目标以及干扰处理后形成的假目标：

由于随机相位编码信号的模糊函数是图钉型，即只在原点输出峰值。因此在(16)所示回波处理后得到的距离多普勒谱中，真目标只在(2R

步骤四、将步骤二获得的距离多普勒谱在多普勒观测区离散化获得离散距离多普勒谱，然后在离散距离多普勒谱中获得真假目标所在距离单元的离散多普勒数据，利用真假目标所在距离单元的离散多普勒数据构建真假目标多普勒子空间，包括以下步骤：

步骤四一、利用步骤二获得的距离多普勒谱获取多普勒观测区间：

在步骤二得到的距离多普勒谱中，间歇采样干扰在经过多普勒补偿与脉压处理后可形成无穷多个假目标，但由于式(16)中

步骤四二、将步骤四一获得多普勒观测区间离散化获得多普勒观测区间离散结果：

为了便于计算，可将步骤四一中多普勒观测区域[-f

其中，G是中间变量，2G+1是离散化后得到的离散点数。

步骤四三、利用多普勒观测区间离散结果获取离散距离多普勒函数：

首先，离散距离多普勒谱函数记为y

然后，获取位于距离单元R处的离散多普勒数据可记为列向量y(2R/c)：

y(2R/c)＝[y

其中，(·)

因此，离散距离多普勒谱y(t)如下：

y(t)＝[y

步骤四四、利用步骤四三获得的离散距离多普勒谱函数，构建真假目标多普勒子空间：

真目标多普勒子空间公式如下：

U'

假目标多普勒子空间公式如下：

U'

需要注意的是，当回波中存在多个位于不同距离单元的真目标与假目标时，真假目标多普勒子空间需要进行相应的修改。如当回波中存在P个位于不同距离单元的真目标，所处距离单元分别为R

U

以及

U

步骤五、利用步骤四获得的真假目标多普勒子空间设计斜投影矩阵对步骤四获得的离散距离多普勒谱进行处理，获得滤除离散距离多普勒谱中的假目标的距离多普勒谱函数，包括以下步骤：

步骤五一、利用步骤四三获得的假目标多普勒子空间设计假目标多普勒子空间的正交投影矩阵

其中，(·)

步骤五二、利用步骤四四获得的真假目标多普勒子空间和步骤五一获得的正交投影矩阵

步骤五三、利用步骤五二得到的斜投影矩阵

步骤六、将滤除假目标后的离散距离多普勒谱0多普勒切面提取出作为最终输出结果，在输出结果中实现真目标的有效探测，包括以下步骤：

步骤六一、利用步骤五获得的距离多普勒谱函数

步骤六二、在输出结果z(t)中搜索具有峰值输出的距离单元，从而确定真目标所处距离位置，实现目标有效探测。

实施例：

实施例一和实施例二通过在仿真工具MATLAB上进行验证，雷达发射的随机相位编码信号参数为：

带宽 50MHz

脉宽 10us

子脉冲数 500

子脉冲宽度 0.02us

此外干扰机采用间歇采样方式截获雷达发射信号，采样信号参数为：

采样宽度0.5us

采样周期2us

实施例一：基于相位编码信号多普勒补偿与滤波的频移间歇采样干扰抑制效果验证：

在距离雷达2km处设置一威胁目标，威胁目标配备自卫干扰机，干扰机采用间歇采样方式截获雷达发射信号并进行频率调制，调制后转发形成频移间歇采样干扰，间歇采样干扰频率调制值为1MHz，干扰相比于真目标回波延时为0.5us。图1展示了回波信号直接进行脉压处理结果，可见处理结果中出现两个目标峰值，分别为真目标与假目标，前者位于2km处，后者位于2.075km处，真假目标输出结果特征相同，难以区分。图2展示了回波信号经过多普勒补偿与脉压两步处理得到的距离多普勒谱，可见在距离多普勒谱中真目标位于距离2km，多普勒频率0Hz处，而干扰形成的假目标均匀分布于距离单元2.075km处的不同多普勒频率单元上，由该图可实现真假目标的有效识别。图3展示了通过斜投影矩阵对图2输出的距离多普勒谱进行滤波处理后，在将0多普勒切面抽取出的结果，可见假目标被有效抑制，位于2km处的真目标可得到有效检测。

实施例二：基于相位编码信号多普勒补偿与滤波的多个间歇采样干扰抑制效果验证：

在距离雷达2km处设置一威胁目标，威胁目标配备自卫干扰机，干扰机采用间歇采样方式截获雷达发射信号并进行频率调制，调制后通过3次转发形成3个间歇采样干扰，3个间歇采样干扰相比于真目标回波延时分别为0.5us，1us以及1.5us。图4展示了回波信号直接进行脉压处理结果，可见处理结果中出现四个目标峰值，分别为真目标与假目标，真目标位于2km处，3个假目标分别位于2.075km，2.15km以及2.225km处，真假目标输出结果特征相同，难以区分。图5展示了回波信号经过多普勒补偿与脉压两步处理得到的距离多普勒谱，可见在距离多普勒谱中真目标位于距离2km，多普勒频率0Hz处，而3个干扰形成的假目标分别均匀分布于距离单元2.075km，2.15km以及2.225km处的不同多普勒频率单元上，由该图可实现真假目标的有效识别。图6展示了通过斜投影矩阵对图5输出的距离多普勒谱进行滤波处理后，在将0多普勒切面抽取出的结果，可见假目标被有效抑制，位于2km处的真目标可得到有效检测。

本发明还可用于其它多种数据以及场景，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明在不同场景下对不同数据进行处理，但这些都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。